行政院國家科學委員會專題研究計畫...

18
行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告 3-D 掃瞄式拉曼光達即時遙測工業區污染物濃度與擴散範圍 研究成果報告(精簡版) 計 畫 類 別 :個別型 : NSC 100-2111-M-168-001- 執 行 期 間 : 100 年 01 月 01 日至 100 年 12 月 31 日 執 行 單 位 : 崑山科技大學機械工程系 計 畫 主 持 人 : 江智偉 計畫參與人員: 博士班研究生-兼任助理人員:達斯 報 告 附 件 : 出席國際會議研究心得報告及發表論文 公 開 資 訊 : 本計畫可公開查詢 中 華 民 國 101 年 02 月 16 日

Upload: others

Post on 02-Oct-2020

4 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: 行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告ir.lib.ksu.edu.tw/bitstream/987654321/19645/2/report.pdf · 並由光電倍增管(PMT)將訊號放大。其中 窄頻濾鏡用以濾去大部份背景光以利獲

行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告

3-D 掃瞄式拉曼光達即時遙測工業區污染物濃度與擴散範圍

研究成果報告(精簡版)

計 畫 類 別 :個別型

計 畫 編 號 : NSC 100-2111-M-168-001-

執 行 期 間 : 100 年 01 月 01 日至 100 年 12 月 31 日

執 行 單 位 :崑山科技大學機械工程系

計 畫 主 持 人 :江智偉

計畫參與人員:博士班研究生-兼任助理人員:達斯

報 告 附 件 :出席國際會議研究心得報告及發表論文

公 開 資 訊 :本計畫可公開查詢

中 華 民 國 101 年 02 月 16 日

Page 2: 行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告ir.lib.ksu.edu.tw/bitstream/987654321/19645/2/report.pdf · 並由光電倍增管(PMT)將訊號放大。其中 窄頻濾鏡用以濾去大部份背景光以利獲

中 文 摘 要 : 本計畫之目標為利用前期計畫(NSC-98-2111-M-001 -001 和

NSC-99-2111-M-001 -001)開發完成之掃瞄式拉曼光達系

統,應用於解決目前無法快速掌握污染物(氣膠)來源與擴散

範圍和工業污染物異常排放增量之即時與長期監測。利用此

資訊研究探討區域污染物之特性,並提供有需求之相關單位

參考,達到儘速阻絕污染物,保障人民健康。

中文關鍵詞: 掃瞄式拉曼光達、污染源、氣膠

英 文 摘 要 : The objectives of this proposal are to monitor and

understand the real-time air pollution/ aerosols on

different scales both spatially and temporally by

using 3-D scanning Raman lidar developed from

previous projects (NSC-98-2111-M-001-001and NSC-99-

2111-M-001 -001). Furthermore, the long-term

observational data and results can be useful for

environmental protection agency (EPA) as reference to

improve the air quality and reduce respiratory

problems of human beings.

英文關鍵詞: 3-D scanning Raman lidar, pollutant, Aerosols

Page 3: 行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告ir.lib.ksu.edu.tw/bitstream/987654321/19645/2/report.pdf · 並由光電倍增管(PMT)將訊號放大。其中 窄頻濾鏡用以濾去大部份背景光以利獲

1

行政院國家科學委員會補助專題研究計畫 成果報告 (計畫名稱)

3-D 掃瞄式拉曼光達即時遙測工業區污染物濃度與擴散範圍

計畫類別:■ 個別型計畫 □ 整合型計畫

計畫編號:NSC 100-2111-M-001 -001 -

執行期間: 100 年 01 月 01 日至 100 年 12 月 31 日

計畫主持人:江智偉

共同主持人:

計畫參與人員:博士班學生 達斯

成果報告類型(依經費核定清單規定繳交):■精簡報告 □完整報告

本成果報告包括以下應繳交之附件:

■出席國際學術會議心得報告

處理方式:本計畫可公開查詢

執行單位:中央研究院環境變遷研究中心&崑山科技大學

中 華 民 國 101 年 02 月 15 日

Page 4: 行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告ir.lib.ksu.edu.tw/bitstream/987654321/19645/2/report.pdf · 並由光電倍增管(PMT)將訊號放大。其中 窄頻濾鏡用以濾去大部份背景光以利獲

2

行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告

3-D 掃瞄式拉曼光達即時遙測工業區污染物濃度與擴散範圍

Measuring real-time concentration and distribution of pollutants in industrial area by using 3-D

scanning Raman LIDAR

計畫編號:NSC 100-2111-M-001 -001 -

執行期限:100 年 01 月 01 日至 100 年 12 月 31 日

主持人:江智偉 中央研究院環境變遷研究中心&崑山科技大學

摘要

本計畫之目標為利用前期計畫

(NSC-98-2111-M-001 -001 和

NSC-99-2111-M-001 -001)開發完成之掃瞄

式拉曼光達系統,應用於解決目前無法快速

掌握污染物(氣膠)來源與擴散範圍和工業污

染物異常排放增量之即時與長期監測。利用

此資訊研究探討區域污染物之特性,並提供

有需求之相關單位參考,達到儘速阻絕污染

物,保障人民健康。

關鍵詞:掃瞄式拉曼光達、污染源、氣膠

Abstract

The objectives of this proposal are to monitor

and understand the real-time air pollution/

aerosols on different scales both spatially and

temporally by using 3-D scanning Raman

lidar developed from previous projects

(NSC-98-2111-M-001-001and

NSC-99-2111-M-001 -001). Furthermore, the

long-term observational data and results can

be useful for environmental protection agency

(EPA) as reference to improve the air quality

and reduce respiratory problems of human

beings.

Keywords: 3-D scanning Raman lidar,

pollutant, Aerosols

1. 前言

隨著人口與經濟成長,所製造的污

染物增加,已儼然對空氣品質及環境造

成衝擊。為了要改善大氣環境以及

維護空氣品質,近年來環保單位對

空氣污染監測與控制不遺餘力,然

而目前的環境監測技術主要還是以地面

監測系統為主,雖然可利用飛機和氣球

等搭載測量儀器做實際的採樣觀測

(Abel et al., 2003),但這些方法都受限於

時間和空間的限制,並無法發揮對污染

物研究的最佳效能。因此對於污染物即

時的傳輸與空間分佈等空氣污染問題

仍是相當棘手。除此之外我國境內大

大小小工業區所產生之空氣污染目前並

無即時監控系統,和污染物濃度與擴散

等資訊,因此即時監測與追蹤氣體污染

源並輔助地面監測系統與增強環境監測

能力是必要的。

有鑑於此,藉由過去 10 多年

來從事光學遙測方面的經驗與成

果 (Nee et al., 1998; 2002; 2007, Chen et

Page 5: 行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告ir.lib.ksu.edu.tw/bitstream/987654321/19645/2/report.pdf · 並由光電倍增管(PMT)將訊號放大。其中 窄頻濾鏡用以濾去大部份背景光以利獲

3

al., 2002; 2004, Chiang et al., 2004; 2007;

2008a; 2008b; 2009, 2010, and Das et al.,

2009, 2010 ),開發 3-D 掃瞄式 Raman

光達系統,利用拉曼散射分析技術和

雷射遙測技術所涵蓋面積廣泛且

具有即時之特性,針對大氣的局部環

流特性和空氣污染物之傳輸與濃度的相

關變化等重要資訊進行收集,這將有助

於瞭解大氣環境與增強對環境的監測

能力。

此計畫主要延續過去兩年國科會之

補助計畫之成果 NSC-98-2111-M-001

-001 和 NSC-99-2111-M-001 -001),並和

中央大學物理系倪簡白教授合作,成功

自行開發出 3-D 掃瞄式光達系統並架設

於數處工業區,如圖一所示。此設備可

用於污染物追蹤與濃度量測,因此欲規

劃將此系統應用於即時遙測工業區污染

物濃度與擴散範圍,建立全台空氣品質

及污染物即時監測系統,使相關單位獲

得即時資訊,儘速阻絕污染物或撤離周

邊人員,保障人民健康和長期的資料累

積用於擬定相關政策之參考等。

2.掃瞄式光達系統之設備、操作與量測理

論:

a. 設備:

本設備為雷射應用於遙測污染物之

系統,是一種藉由偵測拉曼位移波數之

回饋作為比較之基礎,以取得污染物之相關

特性。

掃瞄式光達系統包含下列子系統:

1.發射系統;2.接收系統與感測系統;3.定

向系統;4.控制和數據處理系統。

發射模組:包含雷射發射器及雷射光操

控鏡。接收模組:包含望遠鏡、光圈及透鏡,

望遠鏡接收經待測空間反射之散射光訊

號,散射光訊號依序穿透光圈及透鏡。濾鏡

模組:係組設於接收模組後方,包含濾鏡與

濾鏡載盤,濾鏡係組設於濾鏡載盤上,濾鏡

通過來自接收模組之散射光訊號。上述濾鏡

載盤進一步設有複數濾鏡槽,複數濾鏡槽同

時分別組設不同頻寬之濾鏡,且濾鏡載盤可

自動轉動更換不同頻寬之濾鏡。

光電倍增管,係組設於濾鏡模組後方,

光電倍增管接收來自濾鏡模組之散射光訊

號且轉為電流之脈衝訊號。定位模組:包含

機台及驅動馬達,驅動馬達動力連結機台,

以同步連動組設於機台上之發射模組、接收

模組、濾鏡模組及光電倍增管作線性移動及

轉動。分析模組:包含暫態記錄器及電腦,

分析模組係與光電倍增管電性連接。

b. 操作:

此掃瞄式拉曼光達系統應用於空氣

污染的量測實驗裝置之操作為,由

Nd:YAG 雷射產生波長為 266/355 nm 的

雷射光激發充填不同氣體之拉曼管而轉

換之不同波長之雷射光,再藉由可調整

角度的反射鏡使雷射光向待測空間位置

發射。當雷射光與待測物作用後,其背

向散射訊號由直徑 20 公分的望遠鏡接

收,並反射通過光圈、透鏡和窄頻濾鏡,

並由光電倍增管(PMT)將訊號放大。其中

窄頻濾鏡用以濾去大部份背景光以利獲

取欲探測之特定波長訊號。最後訊號經

同 軸 電 纜 傳 送 到 多 頻 道 分 析 儀

(Multi-Channel Scaler)。多頻道分析儀將

光電子脈衝訊號累加之後按照接收的時

Page 6: 行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告ir.lib.ksu.edu.tw/bitstream/987654321/19645/2/report.pdf · 並由光電倍增管(PMT)將訊號放大。其中 窄頻濾鏡用以濾去大部份背景光以利獲

4

間置放在對應的時間頻道中,如此就可

以得到在不同時間返回望遠鏡的光訊號

強度。由於光子是以光速折返,因此在

不同的時間所得到的訊號就是在不同距

離的光訊號強度。訊號在累積至一定的

時間之後傳送至個人電腦(PC)予以儲存

及運算。

圖 1:光達架設於個個工業區

c.量測理論:

差異吸收技術為目前量測微量氣體的技

術之一,隨著雷射技術的發展,有各種不同

波長之雷射光,而相繼出現各種探測大氣氣

體與污染物之設備,差分吸收光達系統

(Differential Absorption Lidar System (DIAL))

也為其中最方便與有效率的觀測儀器之一

(Megie and Menzies 1980; Browell et al.,

1983; Megie et al., 1985; Ferdinando et al.,

2001)。

差分吸收光達系統的基本原理是利用

待測物對不同雷射光波長有著差異吸收之

特性,進而推算出待測物之濃度。若將待測

物對某一雷射波長有較強之吸收,將此雷射

波長標記為 ON ,對吸收較弱的雷射波長標

記為 OFF ,根據兩個波長光達的量測強度

)z,(P ON 和 )z,(P OFF 可以得知區間距離

zz 之待測物濃度,其表示式,如等式(1)

所示

)1(}E])z,(P

)z,(Pln[

dz

d{

)T(2

1)z(N M

OFF

ON

其中 )T,()T,()T( OFFON

])z,()z,([2E OFFMONMM ,式

中 )T,( i 為波長 OFForONi 溫度 T 時待測

物的吸收截面(cross section), ME 分別為

大氣分子消光(extinction)修正項, )z,( iM

分別為大氣分子對應於波長 i 距離 z 和

zz 之間的平均的消光係數。

由上述理論我們知道差分吸收光達需

同時或交替發射兩束不同波長之雷射光,由

望遠鏡接收兩束不同雷射光經大氣介質吸

收與散射後的背向散射訊號,由這兩個背向

散射訊號可以計算得到在雷射光束經過路

徑上的待測物濃度。然而選擇量測待測物濃

度之雷射波長需考慮待測物的測量精度與

測量範圍、待測物對雷射光束吸收截面之差

異、以及其他大氣氣體分子對雷射光束吸收

等因素。

3.結果與討論

以下簡述過去一年(2011)年光學雷達

系統在台灣數個工業區之運用實例與成效

說明:

3.1、案例 1:

進行觀音工業區、龜山工業區及桃園南

崁中油等進行空氣中之懸浮微粒掃描監測

和進行排放管道連續之懸浮微粒濃度變化

監測作業。其監測範圍、煙道和燃燒塔之懸

浮微粒排放濃度結果如圖 2 所示。大部分所

監測之排放管道有夜間排放濃度較大之趨

勢。並驗證懸浮微粒擴散範圍與民眾陳請之

時間相關性。

Page 7: 行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告ir.lib.ksu.edu.tw/bitstream/987654321/19645/2/report.pdf · 並由光電倍增管(PMT)將訊號放大。其中 窄頻濾鏡用以濾去大部份背景光以利獲

5

圖 2、3-D 掃瞄式光學雷達對特定煙道之懸

浮微粒掃瞄結果。

3.2、案例 2:

車載式(Mobile)光學雷達對桃園台塑

錦興廠之 SO2濃度量測與其擴散範圍評估如

圖 3 所示。圖(a)為桃園台塑錦興廠之煙

道排放情形、(b)為車載式光學雷達、(c)

光學雷達對桃園台塑錦興廠之煙道排放掃

瞄結果,呈現污染物空間影響範圍。(d)SO2

濃度隨距離之量測值。

圖 3 . (a)為桃園台塑錦興廠之煙囪排放

情形、(b)為車載式光學雷達、(c)光學雷

達對桃園台塑錦興廠之煙道排放掃瞄結果

(d)SO2濃度隨距離之變化。

3.3、案例 3:

桃園永安工業區進行比對永豐餘煙道

內之固定污染源連續監測系統(CEMS)與光

學雷達遙測 SO2濃度之研究,欲瞭解未來以

光學雷達遠端監測煙道排放 SO2濃度之可行

性。結果顯示光學雷達遙測 SO2濃度結果與

CEMS 量測結果有相似之趨勢,如圖 4 所示。

圖 4.SO2之光學雷達與 CEMS比對結果。

3.4案例 4:

以光學雷達配合 FTIR 和氣象觀測

儀監測南崁中油空氣污染現況、擴散範

圍、和污染物質成分來源如圖 5 所示。

結果顯示無懸浮微粒沈降之情事主要發

生於凌晨 1-3 點此時主要之盛行風向為

南風,在沒沈降發生之情況下 FTIR 所測

得之所有污染物濃度值都低於其個別污

染物之平均值。而較易出現沈降之時段

為晚間 8 點至隔天凌晨 1 點左右,主要

盛行風向為西北風到東北風。當懸浮微

粒隨時間沈降,且盛行西北風則 FTIR 所

測得之 N,N-Dimethyl Formamide 會有較

高之濃度。由光學雷達所量測之懸浮微

粒垂直分佈發現近地面有濃度較濃之訊

號(非沈降產生,而源自於低層傳輸),

此時 FTIP 之結果顯示有較強濃度之

Toluene 濃度。

Page 8: 行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告ir.lib.ksu.edu.tw/bitstream/987654321/19645/2/report.pdf · 並由光電倍增管(PMT)將訊號放大。其中 窄頻濾鏡用以濾去大部份背景光以利獲

6

圖 5、FTIR(a)&(b)和氣象觀測儀(c)架設

於觀測地現況,(d) 光學雷達垂直掃瞄結

果,圖中▲為 FTIR 所在地。

結論:

國內目前並無空間掃瞄與遙測污

染物之設備,相信此一自行開發的 3-D

掃瞄式拉曼光達觀測系統不僅對於學

術研究方面:瞭解大氣的局部環流

特性、局部環流對於空氣污染物傳

輸之影響、邊界層高度演化、空氣

污染物排放與濃度的相關變化等

有所貢獻,也在相關學術研究範疇上

提供一個更具效率、方便且不受時間、

空間與人力限制之系統與方法。此外,

也由於本設備具有遙測功能,因此無須

知會污染排放源之廠商可進行隨時隨地

之監測,避免以往監測人員進入廠區

時,可能無法量測真實污染物濃度之困

擾和解決在廣大之工業區無法即時得知

何處污染正在進行排放,並可對特定廠

商之特殊情事,如外洩等,預防重大災

害之發生。因此我們深信這將對環保作

業單位在實際監測作業過程中有

所助益。並在環保單位用以擬定相

關管政策和維護空氣品質等方面

上提供更多的參考資訊做出貢獻。

* 計畫成果自評

此計畫延續 98-99 年光達之開發計

畫,陸續完成 3-D掃瞄式光達系統及其應

用於空氣污染之量測,已有相當之成果。

其研究成果不僅使台灣有能力呈現自行

開發之光達系統,也提供環保單位在空污

的稽查與預警上相當有效之利器,其研究

成果已達此計畫之預期成效。

計畫執行期間成功整合國內其它相

關資源,大大降低開發此設備之成本。目

前此設備之後續監測功能及應用,相信對

國內相關學術單位和環保機關將有所助

益。

參考文獻

[1]. Abel, S. J., Haywood, J. M., Highwood,E.

J., Li, J., and Buseck, P. R., Evolution of

biomass burning aerosol properties from

an agricultural fire in southern Africa ,

Geophys. Res. Lett., 30, 1783,

doi:10.1029/2003GL017342, 2003

[1]. Browell E.V., Carter A.F., Shipley, S.T., et

al., NASA multipurpose airborne DIAL

system and measurements of ozone and

aerosol profiles. Appl. Opt., 22, 522-534,

1983.

[2]. Chen, W.N., Chiang, C.W., and Nee, J.B.,

Lidar ratio and depolarization ratio for

cirrus clouds, Applied Optics, 41,

6470-6476, 2002.

[3]. Chen, W.N., Tsao, C.C., and Nee, J.B.,

Tropospheric and Lower Stratospheric

Temperature Measurement by Rayleigh

Lidar, J. of Atmospheric and

Solar-Terrestrial Physics 66, 39-49,

2004.

[4]. Chiang, C.W., Chen, W.N., Liang, W.A.,

and Nee, J.B., Lidar Measurements of

Spring Dusts in 2002 at Chung-Li (25°N,

121°E), Terrestrial, Atmospheric and

Oceanic Sciences (TAO), 15, 813-824,

2004.

[5]. Chiang, C.W., Chen, W.N., Liang, W.A.,

Das, S.K., and Nee, J.B., Optical

properties of tropospheric aerosols based

on measurements of lidar,

sun-photometer, and visibility at

Page 9: 行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告ir.lib.ksu.edu.tw/bitstream/987654321/19645/2/report.pdf · 並由光電倍增管(PMT)將訊號放大。其中 窄頻濾鏡用以濾去大部份背景光以利獲

7

Chung-Li (25°N, 121°E), Atmospheric

Environment, 41, 4128-4137, 2007.

[6]. Chiang, C.W., Das, S.K., and Nee, J.B.,

An iterative calculation to derive

extinction-to-backscatter ratio based on

lidar measurement, Journal of

Quantitative Spectroscopy & Radiative

Transfer, 109, 1187-1195, 2008a.

[7]. Chiang, C.W., Das, S.K., and Nee, J.B.,

Lidar depolarization measurements for

aerosol source and property studies over

Chungli (24.58°N, 121.1°E),

Atmospheric Research, 90, 203-210,

2008b.

[8]. Chiang, C.W., Das, S.K., Nee, J.B., Hu,

S.X., and Hu, H.L., Humidity and

temperature measurements in the

vicinity of the boundary layer over

Chung-Li (Taiwan) using Raman lidar,

Journal of Atmospheric and

Solar-Terrestrial Physics, 71, 1389-1396,

2009.

[9]. Das, S.K., Chiang, C.W., and Nee, J.B.,

Characteristics of cirrus cloud and its

radiative properties based on lidar

observation over Chung-Li, Taiwan,

Atmospheric Research, 93, 723-735,

2009.

[10]. Ferdinando, D. T., Parrone, M.R.,

Protopapa, M.L., Monitoring O3 with

solar-blind Raman Lidars, Appl.Opt., 40,

1314-1320, 2001.

[11]. Megie, G., Menzies, R.T.,

Complementarity of UV and IR

differential absorption lidar for global

measurements atmospheric species. Appl.

Opt., 1173-1183, 1980.

[12]. Megie. G.J., Ancellet G., Pelon, J., Lidar

measurements of ozone vertical profiles.

Appl. Opt., 24, 3454-3463, 1985.

[13]. Nee, J.B, Chiang, C.W., Hu, H.L., Hu,

S.X., and Yu, J.Y., Lidar measurements

of Asian dust storms and dust cloud

interactions, Journal of Geophysical

Research, Journal of Geophysical

Research, 112, D15202,

dio:10.1029/2007JD008476, 2007.

[14]. Nee, J.B., Thularsiraman, S., Chen,

W.N., Venkat Ratnam, M., Narayana,

R.D., Middle atmospheric temperature

structure over two tropical locations,

Chung-Li (25N, 121E) and

Gadanki(13.5,79.2), Journal of

Atmospheric and Solar-Terrestrial

Physics, 64, 1311-1319, 2002.

[15]. Nee, J.B., Len, C.N., Chen, W.N., and

Lin, C.I., Lidar Observation of the

Cirrus Cloud in the Tropopause at

Chung-Li (25°N, 121°E), Journal of the

Atmospheric Sciences, 55, 2249–2257,

1998.

Page 10: 行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告ir.lib.ksu.edu.tw/bitstream/987654321/19645/2/report.pdf · 並由光電倍增管(PMT)將訊號放大。其中 窄頻濾鏡用以濾去大部份背景光以利獲

1

出席國際學術會議報告

100 年 12 月 13 日

報告人姓名

江智偉

服務機構

及職稱

崑山科技大學機械系助理教授

時間

會議

地點

2011/12/05~2011/12/09

美國舊金山 (San Francisco, USA)

會議

名稱 AGU(American Geophysical Union) Fall Meeting

發表

論文

題目

Incorporation of 3-D Scanning Lidar Data into Google Earth for Real-time Air

Pollution Observation

Page 11: 行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告ir.lib.ksu.edu.tw/bitstream/987654321/19645/2/report.pdf · 並由光電倍增管(PMT)將訊號放大。其中 窄頻濾鏡用以濾去大部份背景光以利獲

2

一、簡介:

AGU(American Geophysical Union) Fall Meeting,每年固定在美國舊金山Moscone

Center 舉行為期5天的議程,內容涵蓋:Atmospheric and space; Atmospheric Sciences;

Biogeosciences; cryosphere; Earth and planetary surface processes; Earth and space science

informatics; Education and human resources; Geodesy; Geomagnetism and paleomagnetism;

Global Environmental change; Hydrology; Mineral and rock physics; Natural hazards; Near

surface geophysics; Nonlinear Geophysics; Ocean sciences; Paleoceanography and

paleoclimatology; Planetary sciences; Public affairs; Seismology; SPA-aeronomy; SPA-solar and

heliospheric physics study of earth's deep interior; Tectonophysics; Volcanology; Geochemistry

和Petrology等科學相關領域。此會議為全球研究地球科學最重要之會議之一,每年吸引上

千名科學家共襄盛舉。

本人亦與中央大學倪簡白教授,印度 IITM 研究員 DAS,崑山科技大學機械系孫書煌

教授和環工系許逸群教授共同發表論文,由本人以海報方式報告此研究成果。成果發表進

行時間則安排在 12 月 05 日下午 1:40 至 6:00。本人參加此會議除了一方面能在國際舞台

上展現我們的研究成果,另一方面也能與全世界專家進行交流,個人感到十分榮幸。此會

議過程中,攜回研討會會議手冊與論文電子檔,收錄上述科學領域的研究論文摘要。以下

即為本人參與此次研討會的過程與心得。

二、會議過程:

本人欲於12月03日下午搭乘菲律賓航空抵達馬尼拉機場,並轉往美國舊金山參加研討

會,由於菲律賓航空嚴重誤點,該航空公司協調中華航空班機使本人能於12月04日凌晨出

發飛往舊金山。在12月05日上午以海報方式發表本人與共同作者之研究成果。由於本次報

告主要呈現國內自行開發的掃瞄式光學雷達系統用於污染物量測之成果,因此當天發表過

程中主要吸引來至中國大陸、越南、印度和蒙古的科學家之興趣,並詢問關於此項設備之

價格、未來有無商品化之計畫和合作機會等。想藉由此設備運用在台灣工業區污染物量測

與防制之經驗,試圖解決目前這些開發中國家污染嚴重之問題。

會議過程中本人也參與數個相關研究之成果說明,其中本人受益較多之議題為:

Dr. E.A. Celarier, et al.,” Evaluation of improved operational standard tropospheric NO2

retrievals from Ozone Monitoring Instrument using in situ and surface-based NO2 observations”

從衛星觀測資料說明氮氧化物對氣候變化所扮演的關鍵角色,並以新的演算法進行氮氧化

物排放量的時空模式與表面氮氧化物排放量之研究,和估計 NOx在大氣中的生命週期。

Dr. X. Liu et al.,” Trace gas retrievals from Airborne Compact Atmospheric Mapper

(ACAM) observations during the 2011 DISCOVER-AQ flight campaign” 以UC- 12飛機收集

大氣在光譜區304-900nm間高解晰度光譜資料,並說明數個空氣中重要的微量氣體成分以及

NO2之時空變異。這些高精度之資料可作為儀器校驗之參考光譜。

Dr. T. Knepp et al.,” Quantitative observation of boundary-layer NO2/SO2 from total-column

measurements. New possibilities for space-based observations?” 說明二氧化氮和二氧化硫對

臭氧和懸浮微粒等污染物濃度之關連性,並提出估算二氧化氮濃度之新方法,和討論此等

排放監測方法之未來適用性。

Dr. S. L. Grant et al., ” Use of Remotely Sensed Aerosol Optical Depth in Particulate Matter

Page 12: 行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告ir.lib.ksu.edu.tw/bitstream/987654321/19645/2/report.pdf · 並由光電倍增管(PMT)將訊號放大。其中 窄頻濾鏡用以濾去大部份背景光以利獲

3

Forecasting for Urban Areas” 以 MODIS 衛星每天所提供懸浮微粒光學厚度(AOD)之全球

資料,進行與地面 PM2.5 的 AOD 比對,並導入其他多元線性回歸模型的關鍵輸入參數,包

括地面和高空垂直的天氣模式,混合高度,本地風模式,相對濕度和溫度,加強現有的地

面 PM2.5 的觀測準確度。

三、與會心得:

在本次的國際研討會中,本人與合作的團隊共同開發之系統在此會議中獲得相當好

評,本人與研發團隊成員感到相當欣慰,並說明這國內自行開發之設備具有國際之水準,

且未來潛力不止於國內,在國際上尤其污染嚴重之地區我們的設備與經驗將可作為其借

鏡。此外,會中與相關研究學者交談和切磋討論後,獲得相當多的寶貴意見和未來研究方

向,多位國外學者並建議國際合作之計畫,本團隊將會密切注意國際合作計畫與機會,與

這些國家之學者進行國際交流合作計畫。會後與舊雨新知合影並留下通訊方式供後續學術

之交流。最後,感謝行政院國家科學委員會的資助,使本人能有機會至美國舊金山參加此

國際研討會,獲得豐富的成果和寶貴意見,實感助益良多和四海酒店之"台灣夜"晚會也留下

深刻之印象。

Page 13: 行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告ir.lib.ksu.edu.tw/bitstream/987654321/19645/2/report.pdf · 並由光電倍增管(PMT)將訊號放大。其中 窄頻濾鏡用以濾去大部份背景光以利獲

4

8 August 2011

Chih-Wei Chiang

Kun Shan University

No.41, Ln. 800, Sec. 1, Xinfu Rd.

Guanyin Township Taoyuan, 328

Taiwan

REF: 2011 AGU Fall Meeting

Control #: 1184446

Abstract Title: Incorporation of 3-D Scanning Lidar Data into Google Earth for Real-time

Air Pollution Observation

Dear Chih-Wei Chiang:

This letter will serve as an invitation for you to participate in the 2011 Fall Meeting that will

be held 5-9 December in San Francisco, CA, at the Moscone Center. The Fall Meeting is

open to all those with related interests in understanding the Earth and space sciences.

Participation in the meeting includes attending sessions in your areas of interests and an

opportunity to communicate with others working in the field of geophysical sciences. This

is an invitation to participate in the meeting, but not a personal sponsorship of your stay in

San Francisco. You will need to secure your own funding for travel, registration, and

housing expenses as needed. Please refer to the AGU Web site for information at:

http://sites.agu.org/fallmeeting

Thank you for your interest in the meeting and we look forward to seeing you in San

Francisco.

Sincerely yours,

Joanna Ward

Meetings Manager

Page 14: 行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告ir.lib.ksu.edu.tw/bitstream/987654321/19645/2/report.pdf · 並由光電倍增管(PMT)將訊號放大。其中 窄頻濾鏡用以濾去大部份背景光以利獲

5

ABSTRACT FINAL ID: A13E-0402;

TITLE: Incorporation of 3-D Scanning Lidar Data into Google Earth for Real-time Air Pollution Observation

SESSION TITLE: A13E. Remote Sensing of Trace Gases and Aerosols: Air Quality Applications I Posters

AUTHORS (FIRST NAME, LAST NAME): Chih-Wei Chiang1, Jan-Bai Nee2, Subrata-Kumar Das3, Shu-Huang Sun1,

Yi-Chyun Hsu1, Hong-Wei Chiang1, Shyh-Wei Chen4, Peng-Hsiang Lin4, Jo-Chen Chu4, Chen-Sheng Su4, Wei-Hsun

Lee5, Liang-Shiuan Su5, Chih-Ching Chen5

INSTITUTIONS (ALL): 1. Department of Mechanical Engineering, Kun Shan University, Tainan, Taiwan.

2. Department of Physics, National Central University, Chungli, Taiwan.

3. Indian Institute of Tropical Meteorology, Pune, India.

4. Environment Protection Bureau, Taoyuan, Taiwan.

5. EI-LIDAR Corporation Limited, Taichung, Taiwan.

Title of Team:

ABSTRACT BODY: Abstract

3-D Differential Absorption Scanning Lidar (DIASL) system has been designed with small size, light weight, and suitable

for installation in various vehicles and places for monitoring of air pollutants and displays a detailed real-time temporal

and spatial variability of trace gases via the Google Earth.

The fast scanning techniques and visual information can rapidly identify the locations and sources of the polluted gases

and assess the most affected areas. It is helpful for Environmental Protection Agency (EPA) to protect the people's

health and abate the air pollution as quickly as possible.

The distributions of the atmospheric pollutants and their relationship with local metrological parameters measured with

ground based instruments will also be discussed. Details will be presented in the upcoming symposium.

KEYWORDS: [0305] ATMOSPHERIC COMPOSITION AND STRUCTURE / Aerosols and particles, [0345]

ATMOSPHERIC COMPOSITION AND STRUCTURE / Pollution: urban and regional, [6969] RADIO SCIENCE / Remote

sensing.

Scanning Lidar Google Earth Air pollution

SPONSOR NAME: Chih-Wei Chiang

Contact Details

CONTACT (NAME ONLY): Chih-Wei Chiang

CONTACT (E-MAIL ONLY): [email protected]

Page 15: 行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告ir.lib.ksu.edu.tw/bitstream/987654321/19645/2/report.pdf · 並由光電倍增管(PMT)將訊號放大。其中 窄頻濾鏡用以濾去大部份背景光以利獲

國科會補助計畫衍生研發成果推廣資料表日期:2012/02/16

國科會補助計畫

計畫名稱: 3-D掃瞄式拉曼光達即時遙測工業區污染物濃度與擴散範圍

計畫主持人: 江智偉

計畫編號: 100-2111-M-168-001- 學門領域: 空氣污染與大氣邊界層

無研發成果推廣資料

Page 16: 行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告ir.lib.ksu.edu.tw/bitstream/987654321/19645/2/report.pdf · 並由光電倍增管(PMT)將訊號放大。其中 窄頻濾鏡用以濾去大部份背景光以利獲

100 年度專題研究計畫研究成果彙整表

計畫主持人:江智偉 計畫編號:100-2111-M-168-001- 計畫名稱:3-D 掃瞄式拉曼光達即時遙測工業區污染物濃度與擴散範圍

量化

成果項目 實際已達成

數(被接受

或已發表)

預期總達成數(含實際已達成數)

本計畫實

際貢獻百分比

單位

備 註 ( 質 化 說

明:如數個計畫共同成果、成果列 為 該 期 刊 之封 面 故 事 ...等)

期刊論文 0 0 100% 研究報告/技術報告 0 0 100% 研討會論文 1 0 100%

論文著作

專書 0 0 100% 申請中件數 0 0 100%

專利 已獲得件數 0 0 100%

件數 0 0 100% 件 技術移轉

權利金 0 0 100% 千元

碩士生 0 0 100% 博士生 1 0 100% 博士後研究員 0 0 100%

國內

參與計畫人力 (本國籍)

專任助理 0 0 100%

人次

期刊論文 0 0 100% 研究報告/技術報告 0 0 100% 研討會論文 2 0 100%

論文著作

專書 0 0 100% 章/本 申請中件數 0 0 100%

專利 已獲得件數 0 0 100%

件數 0 0 100% 件 技術移轉

權利金 0 0 100% 千元 碩士生 0 0 100% 博士生 0 0 100% 博士後研究員 0 0 100%

國外

參與計畫人力 (外國籍)

專任助理 0 0 100%

人次

Page 17: 行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告ir.lib.ksu.edu.tw/bitstream/987654321/19645/2/report.pdf · 並由光電倍增管(PMT)將訊號放大。其中 窄頻濾鏡用以濾去大部份背景光以利獲

其他成果 (無法以量化表達之成

果如辦理學術活動、獲得獎項、重要國際合作、研究成果國際影響力及其他協助產業技術發展之具體效益事項等,請以文字敘述填列。)

以’’光達雲端運用’’榮獲 2011 年 i-Star 國家創新發明大賽佳作。

成果項目 量化 名稱或內容性質簡述 測驗工具(含質性與量性) 0 課程/模組 0 電腦及網路系統或工具 0 教材 0 舉辦之活動/競賽 0 研討會/工作坊 0 電子報、網站 0

科 教 處 計 畫 加 填 項 目 計畫成果推廣之參與(閱聽)人數 0

Page 18: 行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告ir.lib.ksu.edu.tw/bitstream/987654321/19645/2/report.pdf · 並由光電倍增管(PMT)將訊號放大。其中 窄頻濾鏡用以濾去大部份背景光以利獲

國科會補助專題研究計畫成果報告自評表

請就研究內容與原計畫相符程度、達成預期目標情況、研究成果之學術或應用價

值(簡要敘述成果所代表之意義、價值、影響或進一步發展之可能性)、是否適

合在學術期刊發表或申請專利、主要發現或其他有關價值等,作一綜合評估。

1. 請就研究內容與原計畫相符程度、達成預期目標情況作一綜合評估

■達成目標

□未達成目標(請說明,以 100 字為限)

□實驗失敗

□因故實驗中斷

□其他原因

說明:

2. 研究成果在學術期刊發表或申請專利等情形:

論文:□已發表 □未發表之文稿 ■撰寫中 □無

專利:□已獲得 □申請中 ■無

技轉:□已技轉 □洽談中 ■無

其他:(以 100 字為限)

3. 請依學術成就、技術創新、社會影響等方面,評估研究成果之學術或應用價

值(簡要敘述成果所代表之意義、價值、影響或進一步發展之可能性)(以

500 字為限)

此計畫延續 98-99 年光達之開發計畫,陸續完成 3-D 掃瞄式光達系統及其應用於空氣污染

之量測,已有相當之成果。其研究成果不僅使台灣有能力呈現自行開發之光達系統,也提

供環保單位在空污的稽查與預警上相當有效之利器,其研究成果已達此計畫之預期成效。

計畫執行期間成功整合國內其它產、官、學界相關資源,大大降低開發此設備之成本。目

前此設備之後續監測功能及應用,相信對國內相關學術單位和環保機關將有所助益。